WO2018109810A1

WO2018109810A1 - タービン及びタービンシステム

Info

Publication number: WO2018109810A1
Application number: PCT/JP2016/086931
Authority: WO
Inventors: 和孝鶴田; 秀幸前田
Original assignee: 株式会社東芝; 東芝エネルギーシステムズ株式会社
Priority date: 2016-12-12
Filing date: 2016-12-12
Publication date: 2018-06-21
Also published as: JP6652662B2; US10787907B2; JPWO2018109810A1; US20190323351A1

Abstract

タービンロータに配設されたバランスピストンと、前記バランスピストンと対向するようにケーシング側に配設された複数のバランスビストンシールと、複数の前記バランスピストンシールの間からタービン段落の中間段落に抽気するバランスピストン抽気孔と、前記バランスピストンの低圧側をタービン排気系統と接続する排気接続配管と、前記排気接続配管に設けられた排気接続配管用弁機構と、前記バランスピストンの低圧側と大気の間に設けられた複数のシール機構と、前記複数のシール機構の間から排気するための排気配管と、を具備するタービン。　

Description

タービン及びタービンシステム

　本発明の実施形態は、タービン及びタービンシステムに関する。

　例えば、発電プラントなどに用いられるタービンにおいて、タービンを一方向に膨張させた場合、タービンの入口側と出口側に生じる圧力差によってタービン軸にスラスト力が生じる。

　タービン軸に生じるスラスト力はスラスト軸受で支える。スラスト力が大きい場合はスラスト軸受を大きくするためコスト増加等が問題となる。またスラスト軸受を大きくすることも周速度の観点から限界があり設計が成立しない問題もある。

　スラスト力を小さくする方法としては、タービンの軸シール構造を利用したバランスピストンを設けて反スラスト力を発生させる方法が提案されている。

特開２０１４－００２３３０号公報

　上述したバランスピストンを設けてスラスト力を小さくしたタービンでは、次のような問題が生じる可能性がある。

　例えば、ケーシングの内部と外部（大気）との間をシールするグランドシールを、複数のラビリンスシールによって構成した場合、ＣＯ_２等の漏洩を防ぐため、これらのラビリンスシールの間の空間からグランドポンプによって吸引しその空間を負圧に制御する場合がある。また、バランスピストンの低圧側とタービン排気ラインとを接続する排気接続配管を設けるとともに、バランスピストンの途中にバランスピストン抽気孔を設け、冷却あるいはシール用のＣＯ_２（低温・高圧）を抽気して、タービン途中段落に合流する構造とすることが考えられる。このような構造とした場合、次のような問題が生じる。

　すなわち、低負荷時のタービンでは、前方段落では圧力降下が生じるが、もともとの圧力が低いため、前方段落における圧力降下によって圧力が低下してしまい、後方段落では圧力降下がほとんど生じない。すなわち後方段落における圧力降下の度合が前方段落に比べて小さくなり、後方段落の圧力差は小さくなる。したがって低負荷時において、上記構造のタービンでは、タービン途中段落に連通するバランスピストン抽気孔の部分の圧力が低下して、バランスピストンの低圧側圧力との差が小さくなる。このためバランスピストンの高圧側から低圧側へのＣＯ_２の流れが減少する。一方、バランスピストンの低圧側の空間には、グランドポンプによる吸引力が作用するため、排気接続配管に、タービン排気ラインから高温排気ガスの逆流が生じる可能性がある。

　本発明が解決しようとする課題は、低負荷時に排気接続配管に高温排気ガスの逆流が生じること防止することのできるタービン及びタービンシステムを提供することにある。

　実施形態のタービンは、ケーシングと、前記ケーシングを貫通するように配設されたタービンロータと、前記ケーシング内に配設され、タービンロータの軸方向に沿って設けられた複数段のタービン段落と、作動媒体を前記ケーシング内に注入し、前記タービン段落の前方段落から後方段落に向けて流通させることによって前記タービンロータを回転させる作動流体注入管と、前記タービンロータに配設されたバランスピストンと、前記バランスピストンと対向するように前記ケーシング側に配設された複数のバランスビストンシールと、複数の前記バランスピストンシールの間から前記タービン段落の中間段落に抽気するバランスピストン抽気孔と、前記バランスピストンの低圧側をタービン排気系統と接続する排気接続配管と、前記排気接続配管に設けられた排気接続配管用弁機構と、前記バランスピストンの低圧側と大気の間に設けられた複数のシール機構と、前記複数のシール機構の間から排気するための排気配管とを具備する。

実施形態のタービンを備える火力発電システムの系統図。第１実施形態の構成を模式的に示す図。第１実施形態の変形例の構成を模式的に示す図。第２実施形態の構成を模式的に示す図。第２実施形態の変形例の構成を模式的に示す図。

　以下、実施形態について図面を参照して説明する。図１は、実施形態のタービンを備える火力発電システムの系統図である。

　図１に示すように、この実施形態の火力発電システムは、ＣＯ_２ポンプ１、再生熱交換器２、酸素製造装置３、燃焼器４、ＣＯ_２タービン５、発電機６、冷却器７、湿分分離器８などを備える。ＣＯ_２は二酸化炭素である。

　ＣＯ_２ポンプ１は、湿分分離器８により燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）から水分が分離された高純度のＣＯ_２を圧縮し、高圧のＣＯ_２を、再生熱交換器２を通じて燃焼器４、及び、ＣＯ_２タービン５へ分岐して供給する。

　なお、ＣＯ_２ポンプ１で発生した高純度で高圧のＣＯ_２を貯留、または石油増進回収などに利用してもよい。ＣＯ_２ポンプ１は一台で作動用ＣＯ_２（以下「作動ＣＯ_２」という）および冷却用ＣＯ_２（以下「冷却ＣＯ_２」という）の供給源となる。作動ＣＯ_２を作動ガスまたは作動流体、冷却ＣＯ_２を冷却ガスまたは冷却流体と呼ぶ場合もある。

　再生熱交換器２は、熱交換により温度を高めたＣＯ_２を燃焼器４およびＣＯ_２タービン５へ供給する。燃焼器４へのＣＯ_２は作動用として供給される。ＣＯ_２タービン５へのＣＯ_２は冷却あるいはシール用として供給される。また再生熱交換器２は、ＣＯ_２タービン５から排出された燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）を熱交換により冷却する。

　酸素製造装置３は、酸素を製造し、製造した酸素を燃焼器４へ供給する。燃焼器４は、注入されたメタンガスなどの天然ガス、ＣＯ_２および酸素を燃焼させて高温および高圧の燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）を発生し、作動ＣＯ_２としてＣＯ_２タービン５へ供給する。

　ＣＯ_２タービン５は、高温および高圧の作動ＣＯ_２によりタービン内の動翼１３（図２参照）とこの動翼１３を支持するタービンロータ１１を回転させて発電機６に回転力を伝達する。

　すなわち、このＣＯ_２タービン５は、一台のＣＯ_２ポンプ１から供給されるＣＯ_２を主として、タービンロータ１１を回転させるための作動媒体（作動流体）および冷却用の媒体（冷却ガス）として用いるタービンである。

　発電機６は、ＣＯ_２タービン５の車軸の回転力により発電する。ＣＯ_２タービン５と発電機６を合わせてＣＯ_２タービン発電機という場合もある。冷却器７は、再生熱交換器２を通じた燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）をさらに冷却し、冷却した燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）は、湿分分離器８へ送られる。

　湿分分離器８は、冷却器７から送られてきた低温の燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）から水分を分離し、高純度のＣＯ_２をＣＯ_２ポンプ１へ戻す。

　この火力発電システムは、超臨界圧のＣＯ_２を用いた酸素燃焼の循環システムで構成され、ＣＯ_２を有効活用でき、ＮＯｘを排出しないゼロエミッションの発電システムである。このシステムを用いることで、ＣＯ_２を分離・回収する設備を別に設置することなく、高純度の高圧ＣＯ_２を回収してリサイクル運用を図ることができる。

　この火力発電システムの場合、ＣＯ_２、天然ガスおよび酸素を注入して燃焼させて発生した高温のＣＯ_２（作動ＣＯ_２）でＣＯ_２タービン５（の動翼）を回転させて発電する。

　その後、ＣＯ_２タービン５から排出された燃焼ガス（ＣＯ_２と蒸気）は、再生熱交換器２および冷却器７を経て冷却され、湿分分離器８にて水分を分離した後、ＣＯ_２ポンプ１に環流されて圧縮される。このシステムでは、大部分のＣＯ_２が燃焼器４へ循環されるが、燃焼により発生したＣＯ_２分はそのまま回収することができる。

（第１実施形態）
　次に、図２を参照して第１実施形態に係るタービン及びタービンシステムについて説明する。

　図２に示すように、第１実施形態のＣＯ_２タービン５は、軸受１０、タービンロータ１１、バランスピストン１１ａ、フランジ部１１ｂ、ラビリンスシール１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、動翼１３、外部ケーシング１４、内部ケーシング１５ａ，１５ｂ、静翼１６、仕切壁１８ａ，１８ｂ、仕切壁孔１９、バランスピストンシール２３，ラビリンスシール２４、孔２７、ホイールスペースシール２８ａ，２８ｂ、バランスピストン抽気孔２９、作動ＣＯ_２注入管３１、ＣＯ_２排出管３２、冷却あるいはシール用のＣＯ_２注入管３３（以下「冷却ＣＯ_２注入管３３」と称す）、スラスト軸受３４、排気接続配管３５、排気配管３７、グランドポンプ３８、調整弁３９、制御部５０、圧力センサー５１，５３、ロードセル５２などを備える。なお図中「高」は高圧を示し、「低」は低圧を示す。

　軸受１０は、タービンロータ１１の両側の軸端を回転自在に支持する。また、スラスト軸受３４は、タービンロータ１１の片側の軸端を回転自在に支持し、タービンロータ１１に設けられたフランジ部１１ｂを支持することによってスラスト力を受ける。タービンロータ１１には、そのほぼ中央部に複数の動翼１３が周方向に植設されている。またタービンロータ１１には、バランスピストン１１ａが設けられている。

　バランスピストン１１ａと対向する内部ケーシング１５ａの内周には、ラビリンス構造のバランスピストンシール２３が設けられている。バランスピストンシール２３は、複数のフィンによりＣＯ_２の流れを抑止し減圧するものである。図２中バランスピストンシール２３が配置された間隙（クリアランス）の右側と左側で圧力差が生じる。この例では、バランスピストンシール２３の右側は圧力が高く「高」、左側は圧力が低い「低」。

　このバランスピストンシール２３により、バランスピストンシール２３で区分された空間（冷却室Ａに続く間隙部分と冷却室Ｂ）における圧力差を生じさせ、図２中右側から左側に作用する反スラスト力を発生させる。この反スラスト力により、タービンロータ１１の軸方向のスラスト荷重を減少させる。

　バランスピストン１１ａの位置よりも内側（図２中右側）の内部ケーシング１５ａの内周には、ラビリンス構造のラビリンスシール２４が設けられている。このラビリンスシール２４は、冷却あるいはシール用のＣＯ_２を適切な圧力に調整してホイールスペースシール２８ａに供給し、最小限流量にて作動ＣＯ_２がケーシング側に漏洩しない様にシールする。

　外部ケーシング１４は、タービン本体の外郭をなすものであり、軸方向の両端に貫通孔１４ａ，１４ｂを有している。貫通孔１４ａとタービンロータ１１との間の隙間には、ラビリンスシール１２ａ，１２ｃが配設されている。貫通孔１４ｂとタービンロータ１１との間の隙間には、ラビリンスシール１２ｂが配設されている。

　ラビリンスシール１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、外部ケーシング１４の貫通孔１４ａ，１４ｂを貫通させたタービンロータ１１と貫通孔１４ａ，１４ｂの開口部との間隙を、タービンロータ１１が回動可能にシールするグランドシールを構成する。また、ラビリンスシール１２ａとラビリンスシール１２ｃとの間には排気配管３７が接続されている。排気配管３７には、グランドポンプ３８が設けられている。

　ラビリンスシール１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、タービンロータ１１を回転自在にシールしつつタービンロータ１１の端部を外部ケーシング１４の外へ露出させている。これによって、外部ケーシング１４とタービンロータ１１との間における、冷却ＣＯ_２の外部への漏洩が低減される。また、ラビリンスシール１２ａとラビリンスシール１２ｃとの間から排気配管３７によって吸引しこれらの間を負圧とすることによって冷却ＣＯ_２の外部への漏洩がさらに低減される。

　内部ケーシング１５ａ，１５ｂは、タービンロータ１１との間に冷却室Ａ、排気室Ｅを作るように屈曲した形状で設けられている。

　内部ケーシング１５ａ，１５ｂとその外側に設けられた外部ケーシング１４とから二重のケーシング構造が構成されている。ここでは、二重のケーシング構造を一例としたが、ケーシングは、一重の単ケーシングであってもよい。

　内部ケーシング１５ａ，１５ｂには、タービンロータ１１側の動翼１３と入れ子になるように静翼１６が設けられている。動翼１３と静翼１６との一つの組をタービン段落と呼び、作動ＣＯ_２注入管３１に近い方から１段落、２段落…と呼ぶ。作動ＣＯ_２注入管３１に近い方のタービン段落が前方段落、遠い方のタービン段落が後方段落、その中間が中間段落となる。

　また内部ケーシング１５ａ，１５ｂと外部ケーシング１４との間には仕切壁１８ａ，１８ｂが設けられており、これらの仕切壁１８ａ，１８ｂにより内部ケーシング１５ａ，１５ｂと外部ケーシング１４との間に冷却室Ｂ，Ｃ，Ｄが形成されている。

　外部ケーシング１４、内部ケーシング１５ａ，１５ｂを具備したケーシング構造では、タービンの冷却あるいはシール用のＣＯ_２が所定の温度および所定の圧力で注入される冷却室Ａと、この冷却室Ａの圧力よりも減圧されて冷却ＣＯ_２が注入される冷却室Ｂ，Ｃ，Ｄとを有している。

　冷却ＣＯ_２注入管３３に注入された高圧の冷却ＣＯ_２は、冷却室Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを流れる。なお、以下においては、定格出力時における冷却ＣＯ_２の流れ、および温度、圧力について説明する。破線の矢印６０～７０の順がケーシング部分を冷却する冷却ＣＯ_２の流れである。バランスピストンシール２３の部分で低圧にされた冷却ＣＯ_２は、冷却室Ｂと冷却室Ｃに分岐して流れる。このような流れの中で冷却ＣＯ_２の圧力が次第に減少する。

　この他、冷却ＣＯ_２の流路としては、破線の矢印７１，７２で示すタービンを冷却あるいはシールする流れもある。例えば矢印７２の流路は、内部ケーシング１５ａ，１５ｂ内に設けた筒状の流路であり、静翼１６を冷却する。

　バランスピストン１１ａの低圧側である冷却室Ｂには、この冷却室Ｂとタービン排気系統であるＣＯ_２排出管３２とを接続する排気接続配管３５が配設されている。この排気接続配管３５には、排気接続配管用弁機構としての調整弁３９が設けられている。排気接続配管３５は、定格出力時等には、バランスピストン１１ａの高圧側から低圧側である冷却室Ｂに流入する冷却ＣＯ_２の一部をＣＯ_２排出管３２へ排出する。

　ここで、各冷却室Ａ～Ｄと排気室Ｅについて説明する。冷却室Ａには、冷却ＣＯ_２注入管３３から冷却ＣＯ_２が注入される。冷却室Ａに注入される冷却ＣＯ_２は、高温となるタービン構成部品を適切に冷却する温度に設定される。

　この冷却室Ａの圧力は高温の作動ＣＯ_２の流出を防ぐため、作動ＣＯ_２注入管３１内の圧力よりも若干高めに維持されている。

　冷却室Ｂには、冷却室Ａから孔２７を通じ、バランスピストンシール２３にて減圧された冷却ＣＯ_２が注入される。この冷却室Ｂはラビリンスシール１２ａ，１２ｃが受ける温度および圧力の影響を低減するための空間である。

　この冷却室Ｂの温度は、冷却室Ａとほぼ同じ温度である。冷却室Ｂの圧力は、バランスピストンシール２３により冷却室Ａよりも格段に減圧され、冷却室Ｄとほぼ同じ圧力（作動ＣＯ_２注入管３１内の圧力の１／１０程度の低圧）にされている。

　冷却室Ｃには、２つのバランスピストンシール２３の中間に位置するバランスピストン抽気孔２９へ分流した冷却ＣＯ_２が注入される。冷却室Ｃに注入された冷却ＣＯ_２は、内部ケーシング１５ａ，１５ｂと外部ケーシング１４との間を破線の矢印６３～６５の向きに流れる。冷却室Ｃ内の圧力は、冷却室Ａよりも低く、冷却室Ｂよりも高い。

　冷却室Ｃと冷却室Ｄとを区画する仕切壁１８ｂには貫通孔である仕切壁孔１９が設けられており、冷却室Ｃからの冷却ＣＯ_２が仕切壁孔１９を通じて冷却室Ｄに注入される（破線の矢印６６）。冷却室Ｄ内の圧力は、冷却室Ｃより低くなる。

　冷却室Ｄは、排気室Ｅを形成する内部ケーシング１５ｂを冷却するための空間であり、この冷却室Ｄ内にラビリンスシール１２ｂの一部が配置されている。冷却室Ｄでは、低温および低圧の冷却ＣＯ_２が破線の矢印６７～７０の向きに流れる。

　この冷却室Ｄ内の圧力は、排気室Ｅの排気ＣＯ_２がホイールスペースシール２８ｂの部分から冷却室Ｄへ流入（漏れ）することを防ぐため、排気室Ｅ内の排気ＣＯ_２の圧力よりも若干高め（作動ＣＯ_２注入管３１内の圧力の１／１０程度＋ΔＰ）に維持される。このため、冷却あるいはシール用のＣＯ_２は、若干ではあるが、冷却室Ｄ側からホイールスペースシール２８ｂを通じて排気室Ｅへ流れ込む。

　排気室Ｅには、作動ＣＯ_２注入管３１から注入された作動ＣＯ_２が静翼１６と動翼１３を通過した排気ＣＯ_２が流入し、ＣＯ_２排出管３２から排出される。この排気室Ｅの排気ＣＯ_２の温度は、定格出力時では、作動ＣＯ_２注入管３１から注入される作動ＣＯ_２の温度の半分強程度（例えば５００℃－１０００℃の間）である。この排気室Ｅ内の圧力は、定格出力時では、作動ＣＯ_２注入管３１内の圧力の１／１０程度である。つまり排気室Ｅ内は中温、低圧といえる。

　一方、低負荷時では、作動ＣＯ_２注入管３１内の圧力が定格出力時に比べて低くなる。具体的には、例えば、定格出力時の１／５程度の圧力となる。このような場合、タービンの前方段落では圧力降下が生じるが、もともとの圧力が低いため、前方段落における圧力降下によって圧力が低下してしまい、後方段落では圧力降下がほとんど生じない。すなわち後方段落における圧力降下の度合が前方段落に比べて小さくなる。このため、タービンの中間段落に接続されたＣ室の圧力が定格出力時に比べて低くなり、Ｃ室の圧力は、Ｃ室より下流側のＤ室、Ｅ室の圧力と略同一となる。したがって、Ｃ室の圧力は、Ｂ室の圧力とも略同一となる。

　このため、バランスピストン１１ａのバランスピストン抽気孔２９内の圧力と低圧側（Ｂ室側）との圧力差が小さくなり、バランスピストン１１ａの高圧側からバランスピストン抽気孔２９を介してＣ室へ流入する冷却ＣＯ_２の流れが増大する。一方、バランスピストン１１ａの高圧側（Ａ室側）から低圧側（Ｂ室側）へ流れる冷却ＣＯ_２の流量が減少する。

　一方、グランドシールであるラビリンスシール１２ａと、ラビリンスシール１２ｃとの間からは、グランドポンプ３８によって吸引が行われている。またはグランドポンプ３８が停止状態にあったとしてもＢ室と大気には圧力差があるため、Ｂ室内からの冷却ＣＯ_２の流出によって、Ｂ室の圧力が減少し、排気接続配管３５内に、ＣＯ_２排出管３２から排気ＣＯ_２が逆流する可能性がある。排気ＣＯ_２は、冷却ＣＯ_２と比べると高温であるため、排気ＣＯ_２が排気接続配管３５内に逆流すると排気接続配管３５が熱によるダメージを受ける。

　本実施形態では、排気接続配管３５に配設された調整弁３９を閉じることによって、排気接続配管３５内に、ＣＯ_２排出管３２から排気ＣＯ_２が逆流することを防止することができる。すなわち、低負荷時には、調整弁３９を閉じ、一定以上の負荷となった際に調整弁を開くことによって、上記の逆流を防ぐことができる。

　上記の調整弁３９の開閉は、制御部５０によって制御する。制御部５０は、コンピュータなどから構成され、ＣＯ_２タービン５とともに、タービンシステムを構成する。制御部５０には、作動ＣＯ_２注入管３１内の圧力を検出する圧力センサー５１等からの検出信号が入力される。制御部５０は、圧力センサー５１からの検出信号に基づき、圧力の低い低負荷時には、調整弁３９を閉じ、圧力が一定以上の高負荷となった時点で調整弁３９を開く。これによって、上記したＣＯ_２排出管３２から排気接続配管３５内への排気ＣＯ_２の逆流を防止することができる。

　また、定格出力時の調整弁３９の開度を中間開度とし、調整弁３９の開度を調整することによって反スラスト力を調整することもできる。すなわち、中間開度から調整弁３９の開度を上げる（開く）ことによって、バランスピストン１１ａの低圧側の圧力を下げ、反スラスト力を大きくすることができる。一方、中間開度から調整弁３９の開度を下げ（閉じる）ことによって、バランスピストン１１ａの低圧側の圧力を上げ、反スラスト力を小さくすることができる。

　スラスト軸受に加わっているスラスト力は、スラスト軸受に配設したスラスト荷重検出センサー、例えばロードセル５２で計測することができる。このロードセル５２の検出信号を制御部５０に入力することによって、所望のスラスト力となるように反スラスト力の大きさを制御することができる。スラスト力と反スラスト力を安定的にバランスさせるためには、スラスト力が反スラスト力より若干強くなるように、
　　スラスト力＝反スラスト力＋α
とすることが好ましい。

　また、バランスピストン１１ａの高圧側の圧力を圧力センサー５３で検出するとともに、低圧側の圧力を圧力センサー５３で検出し、これらの検出値の差から反スラスト力を求めることができる。すなわち、高圧側の圧力をＰ１、高圧側の受圧面積をＡ１、低圧側の圧力をＰ２、低圧側の受圧面積をＡ２とした時に、
　　反スラスト力＝Ｐ１×Ａ１－Ｐ２×Ａ２
によって求めることができる。
したがって、２つの圧力センサー５３からの検出信号を制御部５０に入力することによって、所望のスラスト力となるように反スラスト力の大きさを制御することができる。

　排気接続配管３５における締め切り性を高めるためには、図３に示すように、排気接続配管３５に調整弁３９の他、開閉弁４０を配設することが好ましい。この場合、開閉弁４０を閉じることによって、確実に排気ＣＯ_２が排気接続配管３５内に逆流することを防止することができる。そして、定格出力時等は、開閉弁４０を開いた状態で、調整弁３９の開度を調整することにより、前述したとおり、反スラスト力の大きさを制御することができる。なお、反スラスト力の制御が不要な場合は、調整弁３９を設けずに、開閉弁４０のみを設けてもよい。

（第２実施形態）
　次に、図４を参照して第２実施形態について説明する。第２実施形態では、冷却供給系統からバランスピストン１１ａの低圧側（Ｂ室）に高圧の冷却ＣＯ_２を供給するための冷却ＣＯ_２供給配管８０が配設されており、この冷却ＣＯ_２供給配管８０に弁機構として調整弁８１が配設されている。この調整弁８１は、制御部５０によって開閉制御される。なお、他の部分については、図２に示した第１実施形態と同様に構成されている。

　上記構成の第２実施形態によれば、低負荷時等において、排気接続配管３５内への排気ＣＯ_２の逆流を防ぐため、調整弁３９又は開閉弁４０を閉じた際に、調整弁８１を開いて冷却ＣＯ_２供給配管８０からバランスピストン１１ａの低圧側に高圧の冷却ＣＯ_２を供給することができる。これによって、反スラスト力を調整することが可能となる。この場合、調整弁８１を開いて高圧の冷却ＣＯ_２を供給すると、バランスピストン１１ａの低圧側（Ｂ室）の圧力が上がり、反スラスト力が減少する。

　冷却ＣＯ_２供給配管８０における締め切り性を高めるためには、図５に示すように、冷却ＣＯ_２供給配管８０に調整弁８１の他、開閉弁８２を配設することが好ましい。この場合、定格出力時等は、開閉弁８２を閉じることによって、確実に冷却ＣＯ_２供給配管８０の締め切りを行うことができる。そして、低負荷時等は、開閉弁８２を開いた状態で、調整弁８１の開度を調整することにより、前述したとおり、反スラスト力の大きさを制御することができる。この開閉弁８２は、制御部５０によって開閉制御される。

　本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

　１…ＣＯ_２ポンプ、２…再生熱交換器、３…酸素製造装置、４…燃焼器、５…ＣＯ_２タービン、６…発電機、７…冷却器、８…湿分分離器、１０…軸受、１１…タービンロータ、１１ａ…バランスピストン、１２ａ，１２ｂ…メカニカルシール、１３…動翼、１４…外部ケーシング、１４ａ，１４ｂ…貫通孔、１５ａ，１５ｂ…内部ケーシング、１６…静翼、１８ａ，１８ｂ…仕切壁、１９…仕切壁孔、２３…バランスピストンシール、２４…ラビリンスシール、２９…バランスピストン抽気孔、３１…作動ＣＯ_２注入管、３２…ＣＯ_２排出管、３３…冷却あるいはシール用のＣＯ_２注入管（冷却ＣＯ_２注入管）、３５…排気接続配管、３９…調整弁、４０…開閉弁、５０…制御部、５１…圧力センサー、５２…ロードセル、５３…圧力センサー、５４…圧力センサー、Ａ-Ｄ…冷却室、Ｅ…排気室、８０…冷却ＣＯ_２供給配管、８１…調整弁、８２…開閉弁。

Claims

　ケーシングと、
　前記ケーシングを貫通するように配設されたタービンロータと、
　前記ケーシング内に配設され、前記タービンロータの軸方向に沿って設けられた複数段のタービン段落と、
　作動媒体を前記ケーシング内に注入し、前記タービン段落の前方段落から後方段落に向けて流通させることによって前記タービンロータを回転させる作動流体注入管と、
　前記タービンロータに配設されたバランスピストンと、
　前記バランスピストンと対向するように前記ケーシングに配設された複数のバランスピストンシールと、
　複数の前記バランスピストンシールの間から前記タービン段落の中間段落に抽気するバランスピストン抽気孔と、
　前記バランスピストンの低圧側をタービン排気系統と接続する排気接続配管と、
　前記排気接続配管に設けられた排気接続配管用弁機構と、
　前記バランスピストンの低圧側と大気の間に設けられた複数のシール機構と、
　前記複数のシール機構の間から排気するための排気配管と、
　を具備するタービン。
　請求項１に記載のタービンであって、
　前記排気接続配管用弁機構が、調整弁と開閉弁とを具備するタービン。
　請求項１又は請求項２に記載のタービンであって、
　前記ケーシング内に冷却ガスを供給するための冷却供給系統から前記バランスピストンの低圧側に前記冷却ガスを供給する冷却ガス供給配管と、
　前記冷却ガス供給配管に設けられた冷却ガス供給配管用弁機構と
　を具備するタービン。
　請求項３に記載のタービンであって、
　前記冷却ガス供給配管用弁機構が、調整弁と開閉弁とを具備するタービン。
　請求項１乃至４のいずれか１項に記載のタービンを具備したタービンシステムであって、
　前記排気接続配管用弁機構を開閉制御するための制御部を具備したタービンシステム。
　請求項５記載のタービンシステムであって、
　前記制御部は、前記排気接続配管用弁機構を構成する調整弁の開度を調整することによって、前記バランスピストンで発生する反スラスト力の大きさを増減させるタービンシステム。
　請求項６記載のタービンシステムであって、
　前記制御部は、スラスト軸受に設けられタービンスラスト荷重を検出するスラスト荷重検出センサーからの検出信号に基づいて、前記調整弁の開度を調整するタービンシステム。
　請求項６記載のタービンシステムであって、
　前記制御部は、前記バランスピストンの高圧側の圧力を検出する高圧側圧力検出センサーと、前記バランスピストンの低圧側の圧力を検出する低圧側圧力検出センサーとからの検出信号に基づいて、前記調整弁の開度を調整するタービンシステム。